专利名称：：低电阻率镧铝合金，制备及应用的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种低电阻率稀土铝合金、制备方法及在铝杆(电工)、导线(电工)上的应用。现有技术，经国内外文献检索，法国FR2495188利用游离的稀土金属镧来处理除去合金中的杂质，采用5-5000百万分之PPM的镧来处理，用镧作合金其组分包含有1-66%的镧，99-34%的一种或多种如Al、Mg、Si、Zn、Fe、Cu和Sn，该过程用于减少杂质的含量，如氧、氢和硫。我国由于铝中含硅量高，普遍硅含量在0.11-0.16%，(国外电工铝一般规定Si含量不得大于0.08%)造成我国铝导体电阻率长期达不到电工铝的标准。(国际电工委员会和我国对硬铝导线电阻率规定值不大于0.02785Ωmm2/m。目前我国电工铝仅5万吨，仅占需要量20万吨的25%，因此国内都在寻找降低铝导体电阻率的途径。目前我国已研究出一种富铈稀王铝合金科技成果，这种富铈稀土铝合金的铝导体的电阻率达不到国际和国标0.02785Ωmm2/m的要求，并带有微量的放射性元素(铀、钍)。我国这种富铈稀土资源居在我国的北方地区，至今尚未取得大面积令人满意的效果。近年来，我国某些厂家，采用国内高硅铝与国外低硅铝对掺，再加硼化处理，来生产专用电工铝。这种办法需要用大量外汇，从国外进口大量低硅铝，且成本高等缺点。本发明目的，克服现有技术不足，提供一种利用我国南方丰富的富镧稀土资源为主的稀土铝合金，用稀土镧金属来降低铝稀土合金锭(即重熔铝稀土合金锭)含硅量，以降低电工铝杆、铝导线的电阻率。从而满足电工用铝的需要，减少铝锭进口，节约外汇，并且节约能源。本发明的低电阻率的富镧稀土铝合金，是根据稀土元素的化学活性较强的特性。采用铝电解的方法。将富稀土均匀地加入到电解槽大面上预热2-3小时(预热湿度为400-450℃)后，再加入到电解槽的电解质中，电解质湿度948±8℃，经共电沉积析出重熔用富镧稀土铝合金。析出的重熔用富镧稀土铝合金，其化学成份(重量百分比)稀土镧0.1-0.3;铁＜0.17;硅＜0.13;铜＜0.004;其余为铝。用上述制备方法析出的富镧稀土铝合金，经过对17组抽象测试分析，硅含量在0.08-0.10%之间，平均为0.0882%。铁含量平均为0.0905%。从上述化学成份可知，本发明富镧稀土铝合金杂质(Fe、Si、Cu)不大于0.25%(实际平均为0.183)，符合特一号铝(GB1196-83)对杂质含量的要求。为什么铝中加入富镧稀土之后，而导电率提高，电阻率降低的原因，是因为富镧稀土加入后，与铝中杂质Fe、Si等形成较顽强的化合物，并吸出到晶界上，降低了电解质的初晶温度，使离子在电场的作用下运动速度加快，减少了浓差过电位，从而使富镧稀土铝合金的电阻率降低、强度提高并改善了铝合金的物理化学性能。这种使铝中固熔态的硅变成析出态，也就是改变了铝的组织型态，这就是富镧稀土铝合金能够降低电阻率提高强度的机理。下面结合最佳实施例，描述制备方法。一、备制设备、电解质组成及有关工艺参数1、设备电解槽选用60KA侧插自焙电解槽。2、电解质组成</tables>其中MgF2和CaF2为添加剂，用于改变电极材料润湿和导电性能。3、电流强度60-60.15KA4、工作电压4.2-4.35V5、电解质温度940-955℃6、极距不小于4cm7、电解质水平16-18cm8、铝液水平22-24cm二、加料方式及工艺在每一个周期的开始(即出铝后)，把富镧稀土均匀地加入到电解槽大面上预热2-3小时(预热温度为400-450℃)，然后将预热的富镧稀土碳酸盐和氧化铝一并加入电解槽的电解质中，经共电沉积而生产出重熔用(富镧)稀土铝合金。本发明铝合金成品中富镧稀土成份为0.1-0.3。这些铝液中稀土含量、电解质稀土浓度及产品中稀土含量的要求有关。三、铝中稀土镧含量的控制即如何确定稀土镧添加量。铝液中稀土镧含量可以用前一天的稀土含量和该天向电解槽中加入的稀土量表达如下Le%=(槽中收入稀土量)/(槽中铝液总量)＝(Q0·Le0%+YLe·X2)/(Q0+YAe)式中Le%为当日铝液稀土含量LeO%为前一日铝液稀土含量YAe为电解槽昼液效率QO为前一日槽中铝液重量YLe为稀土金属回收率X2为前一日加入的稀土量当电解槽中物料达到平衡或近似平衡，且工作平稳时，YAe、YLe、QO可以近似地视为常量，那么上式变为Le%=((Q0)/(Q0+YAe))Le0%+((YLe)/(Q0+YAe))x2=aLe0%+bx2式中a=(Q0)/(Q0+YAl)b=(YAl)/(Q0+YAl)由此，可以看出，在每一个出铝周期内，第二日槽中铝液的稀土含量Le%、可以用前一日铝液中稀土含量LeO%和前一日加入的稀土量X2的二元一次函数表达。根据上述公式，取出平衡后的13个出铝周期数据，用最小二乘法对该函数进行拟合，得出曲线拟合计算表(见表一)表一曲线拟合计算表表一中，令Y＝成品分析值，即为铝合金成品中富镧稀土含量X1＝前一日预分值即为电解槽中铝液的富镧稀土含量X2＝前一日添加的富镧稀土量按上述表一计算，将a、b值a=ΣX1Y·ΣX22-ΣX2Y·ΣX1X2ΣX21·ΣX22-(ΣX1X2)2=0.751]]>b=ΣX21·ΣX2Y-ΣX1X2·ΣX1YΣX21·ΣX22-(ΣX1X2)2=0.0317]]>得到曲线Y＝0.751X1+0.0317X2由该式不仅可以在已知前一日预分值和稀土添加量时，可以计算出成品中稀土含量。而且可以计算维持槽中铝液稀土含量为定值时的每日需添加的稀土量，以及已知每日添加的稀土量可维持槽中铝液稀土含量的水平。本发明的富镧稀土铝合金性能如下1、杂质含量经17组抽象分析测量，各项平均杂质含量杂质总含量为18.3%(低于国标小于25%的要求)2、放射性测试经测试，本发明放射性强度总α、总β均低于国家标准，故不作为放射性物品、不存有微量放射元素铀、钍。本发明低电阻率富镧稀土铝合金，在十吨混合炉、二辊悬臂交叉45°铝杆连铸连轧机上轧制出电工铝杆和电工铝导线的性能，经国家能源部电力工程材料部件质量检测中心测试，其测试结果与其它铝合金电工铝杆(铝丝)性能对照表(以9.5mm园铝杆)。从上表可见，富镧稀土园铝杆、电阻率等性能均达到GB3954-83要求。富镧铝导线测试数据表从上可见，富镧稀土铝合金的导线，电阻率等性能均达到GB3955-83要求。综合上述，本发明低电阻率富镧稀土铝合金有显著的社会效益和经济效益1、本发明铝合金，质量稳定，杂质总含量平均为18.3%，均不大于25%，符合特一号铝(GB1196-83)对杂质含量的要求。其中含铁量在0.08-0.12%之间，平均为0.0905%。含硅量在0.08-0.10%之间，平均为0.0882%，低于普铝含硅量0.11-0.16%。我国有了这种低硅铝合金，可以不需要从国外引进低硅铝，大大节约外汇。2、本发明铝合金的制备方法，采用铝电解方法，稀土和铝在电解槽中其电沉积，使铝中固熔态的硅变成析出态，使之改变了铝的组织型态，从而降低电阻率提高强度，用本发明铝合金轧制出的铝杆(铝导线)的20℃时的直流电阻率符合(GB-3954-83)(GB-3955-83)标准要求，直流电阻率较普铝铝杆(铝丝)降低2.42%。3、节能降耗富镧铝杆(铝丝)的电阻率较普铝铝杆(铝丝)降低2.42%。若全国现有高压输电线全部采用富镧稀土铝合金，每年可节电100亿度左右。采用电解槽单位交流电耗比普铝槽每吨铝降低电耗333.1KWh，电流效率提高了1.8%。4、能够充分利用我国南方蕴藏的富镧稀土资源使稀土铝合金在我国南北方大面积生产。权利要求1.一种低电阻率富镧稀土铝合金，主要由铝和镧元素组成，其特征是合金的化学成份(重量百分比)∶镧元素为0.1-0.3；铁＜0.17；硅＜0.13；铜＜0.004；其余为铝。2.根据权利要求1所述低电阻率富镧稀土铝合金，其特征是用铝电解方法，将富镧稀土均匀地加入到电解槽中，经共电沉积析出含有镧元素的铝合金。3.根据权利要求1、2所述的低电阻率富镧稀土铝合金，其特征在于铝合金中富镧稀土含量的添加量，按照Y＝0.751X1+0.0317X2方程计算后得出添加量式中Y为铝合金成品中富镧稀土要求含量(0.1-0.3%)X1为前一日预分值(即电解槽中铝液中的金属镧含量)X2为前一日应添加的富镧稀土量全文摘要本发明涉及一种低电阻率稀土铝合金的制备方法及在铝杆导线上的应用。其特征主要由铝和稀土镧金属组成，化学成分(重量百分比)稀土镧0.1-0.3；铁＜0.17；硅＜0.13；铜＜0.004；其余为铝。本铝合金比我国现有普铝轧制的圆铝杆和导线，在20℃时的直流电阻率降低2.42％，从而节约能源。其抗拉强度、伸长率均符合国标要求。本发明使我国南方蕴藏的富镧稀土碳酸盐得到充分利用，所制备的低电阻率富镧稀土铝合金具有显著的经济效益。文档编号C22C21/00GK1068855SQ9210177公开日1993年2月10日申请日期1992年3月14日优先权日1992年3月14日发明者程兴申请人:太原铝厂